首页 > 科技 >

存在于绝对零度状态!首次发现:可能的三维量子自旋液体

2019-07-16 21:20:02 暂无 阅读:1011 评论:0

截止今朝还没有一种已知的方式来证实三维“量子自旋液体”存在,如今莱斯大学物理学家和合作者研究表明:铈锆焦氯酸盐单晶是合适的材料,能够作为历久寻找物质状况的第一个三维版本。量子自旋液体是一种固体材料,尽管名字分歧,个中量子力学奇异性质(纠缠)确保了液体般的磁性状况。如今在揭橥于《天然物理》的一篇研究论文中,研究人员供应了大量的实验证据。

存在于绝对零度状态!首次发现:可能的三维量子自旋液体

包罗橡树岭国度实验室(ORNL)的要害中子散射实验和瑞士保罗•舍勒研究所(PSI)的介子自旋弛松性实验来支撑本研究概念:即铈锆焦氯酸盐单晶是第一个具备三维量子自旋液体资格的材料。莱斯大学量子材估中心(RCQM)成员、该研究的通信作者戴鹏程(音译)说:量子自旋液体是科学家凭据我们看不到的器材来界说。在扭转的分列中,看不到长程的顺序。也看不到杂沓,以及其他各类各样的器材。本研究样本被认为是同类样本中的第一个:因为铈、锆和氧的比例是2比7。

存在于绝对零度状态!首次发现:可能的三维量子自旋液体

单晶因为个中的原子分列在一个一连、不中止的晶格中。对这种化合物做了能想到的所有实验,证实这种材料在50毫开尔文以下不履历相变。研究做了非常细心的晶体学来表明晶体中没有无序,还做了介子自旋弛豫实验,究竟表明,在20毫开尔文以下的局限内,没有长程磁序;同时也做了衍射实验,究竟表明,样品没有氧空位或其他已知缺陷。最后做了非弹性中子散射,究竟显露自旋激发一连体存在(这或者是一个量子自旋液体hallmark)低至35毫开尔文。

或者的三维量子自旋液体

这些实验发生了一个自旋激发一连体,表明存在发生短程有序的自旋纠缠。尽管研究小组做出了起劲,但不克切实地说铈锆227是一种自旋液体,部门原因是物理学家还没有就揭橥声明所需的实验证据杀青一致,

部门原因是量子自旋液体的界说是一种存在于绝对零度的状况

,是任何实验都无法达到的幻想状况。量子自旋液体被认为存在于由磁性原子构成的固体材估中,稀奇是晶体构造。导致磁性的电子固有性质是自旋,而电子自旋只能指向上或下。

存在于绝对零度状态!首次发现:可能的三维量子自旋液体

在大多数材估中,自旋像一副纸牌一般随机打乱,但磁性材料分歧。在冰箱和核磁共振成像仪内部的磁铁中,自旋感应到它们的邻人,并将它们集中在一个偏向上。物理学家称之为“长程铁磁序”,另一个长程铁磁序的主要例子是反铁磁性,它的自旋以一种反复上下上下的模式分列。莱斯理论物理学家、该研究的合著者、物理学和天文学副传授、RCQM成员安德里·纳索洛姆斯基(Andriy n循谱斯基)说:在具有周期性自旋分列的固体中,若是知道一个自旋在这里做什么

存在于绝对零度状态!首次发现:可能的三维量子自旋液体

就能知道另一个自旋在做什么,因为历久的顺序,能够知道一个自旋在做好多好多次反复。另一方面,在液体中,没有历久秩序。例如,若是视察两个相隔一毫米的水分子,就会发现它们之间没有任何干联。然而,因为它们的氢键,仍然能够在很短的距离内与四周分子有序分列,这将是短程有序的一个例子。1973年,诺贝尔奖得主物理学家 菲利普·沃伦·安德森 提出了量子自旋液体的概念,他熟悉到,某些晶体华夏子的几许分列,或者使纠缠自旋弗成能以不乱的分列集体定向。

存在于绝对零度状态!首次发现:可能的三维量子自旋液体

正如有名科学作家Philip Ball描述的那样:想象一个反铁磁(相邻的自旋倾向于相反偏向)在一个三角形晶格上,每个自旋在一个三角形中都有两个相距最短的邻域,然则反平行对齐不克知足所有这三个。一种或者性是自旋晶格冻结成无序的“玻璃态”,但,量子力学甚至许可在绝对零度(温度)下也存在自旋波动的或者性。这种状况被称为量子自旋液体,安德森后来提出,这或者与高温超导有关。自20世纪80年月以来,量子自旋液体或者注释高温超导,引起了凝聚态物理学家的普遍乐趣。

存在于绝对零度状态!首次发现:可能的三维量子自旋液体

一些所谓拓扑量子自旋液体的例子,或者有助于构建量子较量的量子位,这进一步提高了人们的乐趣。但研究人员相信,人们对量子自旋液体的好奇部门在于,它已经以很多形式和理论建议从新显现。尽管有现有理论模型,我们知道,事实上,究竟将是一种自旋液体,但迄今为止,发现一种可以实现这些特征的实际物理材料非常难题。到今朝为止,该范畴还没有杀青共识,即任何物质(二维或三维)都是量子自旋液体。

相关文章